[发明专利]一种认知无线电频谱感知方法

说明书

技术领域

本发明属于认知无线电技术领域，涉及认知无线电频谱感知方法(或认知无线电空闲频谱检测方法)，涉及CUSUM快速检测技术。

背景技术

认知无线电技术是指认知无线电用户通过频谱感知(或空闲频谱检测)方法检测自身周围环境中可利用的空闲频谱，并利用空闲频谱进行数据传输的无线通信技术。认知无线电技术的根本目的就是要提高频谱的利用率。

认知无线电的基础就是频谱感知，频谱感知的二元假设模型为：

H₀:x(t)＝n(t)

H₁:x(t)＝s(t)+n(t)

其中，x(t)表示认知无线电用户的接收信号，n(t)表示背景噪声，s(t)表示通信信号，t代表信号出现的时刻。频谱感知就是认知无线电用户从一定频段的自身接收信号x(t)中判断有无通信信号s(t)的存在，从而判断出该特定频段频谱资源是否空闲。

传统的频谱感知算法如能量检测等都是在保证虚警概率的条件下获得最大的检测概率，都没有考虑检测延时这一检测指标。但检测延时也是评价频谱感知性能的一个重要指标，检测延时越短，代表频谱感知所用时间越短，则可以有更多的时间用于传输信息。

基于以上问题，相关研究人员将快速检测技术用于频谱感知。快速检测技术是一种序贯检测技术，能够检测出序列的分布变化。可以对信号一直进行监测，直到信号出现或消失时，给出出现或消失的判决。CUSUM快速检测算法(cumulative sum，累加和)，能够使平均检测延时最短且使虚警概率保持在一定的水平之下。文献1“Quickest spectrum sensing in cognitive radio”(Husheng Li,Chengzhi Li,Huaiyu Dai.Proceedings of Information Science and Systems.Princeton,NJ:2008)首先提出将快速检测技术应用于频谱感知中。

CUSUM算法又称累积和算法，如果信号的概率分布发生变化，累积和算法能够将这些变化累积起来，直到这些微小的变化累积成一个异常量，从而检测到变化。CUSUM算法的判决统计量表达式为：

其中，Z_t为判决统计量，f₁(x)表示假设H₁下接收信号x(t)的概率密度函数，f₀(x)表示假设H₀下接收信号x(t)的概率密度函数。ln(.)代表对数函数。

假设单次检测中检测时间上限为T_max，即当t×T＝T_max时必须做出假设H₁或是假设H₀成立的判决。在T_max内，当Z_t＞h时，认为信道被占用。当t×T＝T_max时，仍不满足Z_t＞h，则认为信道空闲(t为当前检测点，T为信号采样周期，h为判决门限)。

但是CUSUM检测算法要求已知信号的概率分布，在实际情况下，更可能的情况是没有待检测信号的先验知识。

针对上述问题，文献2“Nonparametric Methods in Change-Point Problems”(B.E.Brodsky,B.S.Darkhovsky.Kluwer Academic Publishers 1st edition1993:102-106.)首先提出了非参量CUSUM检测算法，文献3“A Nonparametric Multichart CUSUM Test for Rapid Detection of DoS Attacks in Computer Networks”(Hongjoong Kim,L.Rozovskii and Alexander G.International Joural of Computing and Information Science.VOL.2NO.4,December2004.pp.149–158,)对非参量CUSUM算法做了进一步阐述并将其应用到检测计算机网络入侵中。文献4“基于非参量的认知超宽带频谱感知算法”(宋晓鸥，向新毕，笃彦，杨宝强.信号处理,VOL.27,NO.8,Aug.2011.pp.1254–1258)将非参量CUSUM算法用于检测超宽带信号。但文献4并没有给出如何选取合适的偏移量。